Разработана технология сборки наноматериалов из графена без потери полезных свойств

Японские ученые разработали инновационную, но простую технологию под названием диффузия послойной сборкой.

Технология используется для встраивания графена в пористые трехмерные структуры с целью применения в таких устройствах как батареи и суперконденсаторы.

Исследование опубликовано в издании Nature Communications.

Графен — это ультратонкий лист углерода, обладающий удивительными свойствами, включая высокую механическую стабильность и замечательную электрическую проводимость. Он известен как материал следующего поколения, способный изменить существующий технологический и энергетический сектора.

Но одно из преимуществ графена оборачивается уязвимостью: его тонкая структура в ряде случаев не годится для практического использования. Если же листы графена складывать вместе, друг на друга, теряются уникальные свойства материала. Несколько решений данной проблемы ученые уже предложили, однако все они являются дорогостоящими, трудоемкими и трудномасштабируемыми.

Исследователи из университета Киото позаимствовали принцип полимерной химии и разработали технологию сбора графена в пористую трехмерную архитектуру, которая предотвращает слипание листов графена. Совместив оксид графена с отрицательно заряженным полимером, ученые сформировали стабильный сложный слой (этот процесс известен как межфазное комплексообразование).

«Любопытно, что полимер оказался способен долгое время распространяться сквозь интерфейс и вызывать дополнительные реакции, которые позволили композиту на основе графена развиться в толстые многослойные структуры, и мы назвали процесс диффузией послойной сборкой», пояснил соисследователь Цзянли Жоу.

Итоговые продукты представляют собой пеноподобную пористую структуру, идеально подходящую для максимизации выгодных свойств графена, с настраиваемой пористостью, от ультралегкой до чрезвычайно плотной благодаря простым изменениям в экспериментальных условиях. Более того, процесс легко масштабируется для создания обширных пленок, весьма полезных в качестве электродов и мембран для выработки или хранения энергии.

«В то время как мы в данном исследовании всего лишь продемонстрировали создание структур на основе графена, мы верим, что новая технология послужит в качестве основного метода сборки более широкого спектра наноматериалов», заключил основной исследователь Франклин Ким.